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  • [Radiat Oncol.] Development of a PMMA phantom as a practical alternative for quality control of gamma knife® dosimetry.

    [Radiat Oncol.] Development of a PMMA phantom as a practical alternative for quality control of gamma knife® dosimetry.

    고려대, 서울의대 / 정재필, 전국진*, 정현태*

  • 출처
    Radiat Oncol.
  • 등재일
    2018 Sep 14
  • 저널이슈번호
    13(1):176. doi: 10.1186/s13014-018-1117-8.
  • 내용

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    (a) PMMA 팬텀을 이용한 물 흡수선량 측정

    (b) 물로 채워진 기준 구형 물 팬텀을 이용한 물 흡수선량 측정

    (c) 고가의 상용 Solid water 팬텀을 이용한 물 흡수선량 측정

    (d) PMMA 팬텀에 radiochromic film을 장착하여 페넘브라 측정

     

    Abstract
    BACKGROUND:
    To measure the absorbed dose rate to water and penumbra of a Gamma Knife® (GK) using a polymethyl metacrylate (PMMA) phantom.

    METHODS:
    A multi-purpose PMMA phantom was developed to measure the absorbed dose rate to water and the dose distribution of a GK. The phantom consists of a hemispherical outer phantom, one exchangeable cylindrical chamber-hosting inner phantom, and two film-hosting inner phantoms. The radius of the phantom was determined considering the electron density of the PMMA such that it corresponds to 8 g/cm2 water depth, which is the reference depth of the absorbed dose measurement of GK. The absorbed dose rate to water was measured with a PTW TN31010 chamber, and the dose distributions were measured with radiochromic films at the calibration center of a patient positioning system of a GK Perfexion. A spherical water-filled phantom with the same water equivalent depth was constructed as a reference phantom. The dose rate to water and dose distributions at the center of a circular field delimited by a 16-mm collimator were measured with the PMMA phantom at six GK Perfexion sites.

    RESULTS:
    The radius of the PMMA phantom was determined to be 6.93 cm, corresponding to equivalent water depth of 8 g/cm2. The absorbed dose rate to water was measured with the PMMA phantom, the spherical water-filled phantom and a commercial solid water phantom. The measured dose rate with the PMMA phantom was 1.2% and 1.8% higher than those measured with the spherical water-filled phantom and the solid water phantom, respectively. These differences can be explained by the scattered photon contribution of PMMA off incoming 60Co gamma-rays to the dose rate. The average full width half maximum and penumbra values measured with the PMMA phantom showed reasonable agreement with two calculated values, one at the center of the PMMA phantom (LGP6.93) and other at the center of a water sphere with a radius of 8 cm (LGP8.0) given by Leksell Gamma Plan using the TMR10 algorithm.

    CONCLUSIONS:
    A PMMA phantom constructed in this study to measure the absorbed dose rates to water and dose distributions of a GK represents an acceptable and practical alternative for GK dosimetry considering its cost-effectiveness and ease of handling.

     


    Author information

    Chung JP1, Seong YM1, Kim TY2, Choi Y2, Kim TH3, Choi HJ4, Min CH4, Benmakhlouf H5, Chun KJ6, Chung HT7.
    1
    Center for Ionizing Radiation, Division of Metrology for Quality of Life, Korea Research Institute of Standards and Science, 267 Gajeong-ro, Yuseong-gu, Daejon, 34311, Korea.
    2
    Department of Accelerator Science, Korea University Sejong Campus, 2511 Sejong-ro, Sejong, 30019, Korea.
    3
    Department of Nuclear Engineering, Hanyang University College of Engineering, Seoul, 04763, Korea.
    4
    Department of Radiation Convergence Engineering, Yonsei University, 1 Yeonsedae-gil, Heungeop-myeon, Wonju, 26493, Korea.
    5
    Department of Medical Radiation Physics and Nuclear Medicine, Karolinska University Hospital, SE-17176, Stockholm, Sweden.
    6
    Department of Accelerator Science, Korea University Sejong Campus, 2511 Sejong-ro, Sejong, 30019, Korea. chunkj@korea.ac.kr.
    7
    Department of Neurosurgery, Seoul National University College of Medicine, 101 Daehak-ro Jongno-gu, Seoul, 03080, Korea. htchung@snu.ac.kr.

  • 키워드
    Absorbed dose rate to water; Dose distribution; Gamma knife; PMMA phantom; Penumbra; Quality control; Scattered photon contribution
  • 연구소개
    본 논문은 두경부의 뇌병변을 치료하는 첨단 정밀방사선수술장비인 감마나이프의 수술효과를 보다 증진시키고 방사선수술의 품질관리를 향상시키기 위하여 물 흡수선량과 페넘브라를 한번에 쉽게 측정할 수 있는 다목적 플라스틱 팬텀을 제작하고 고가의 상용 감마나이프 팬텀과 성능비교를 수행하여 그 유효성과 실용적 가치를 검증한 논문입니다. 현재 20개 국내 감마나이프 센터에서는 감마나이프 수술장비의 품질보증을 위하여 물 흡수선량과 감마선이 collimator를 통과하면서 발생되는 빔 퍼짐 현상으로 인한 페넘브라를 평가하고 있는데 물 흡수선량 값은 장비 설치 당시 제작사에서 물 흡수선량을 측정한 값을 기준으로 60Co 감마선원의 붕괴보정계수를 이용한 계산값을 적용하고 있으며 페넘브라는 장비 설치 시 측정한 데이터를 그대로 사용하고 있는 실정입니다. 일부 감마나이프 센터에서는 계산값의 검증을 위하여 고가의 상용 solid water 팬텀을 구입하여 물 흡수선량을 추가로 측정하기도 합니다. 본 논문에서는 감마나이프의 품질보증 향상을 위하여 가격이 저렴한 물 대체물질인 PMMA를 이용하여 물 흡수선량과 페넘브라를 한번에 측정할 수 있는 팬텀을 개발하였고 solid water 팬텀과 성능의 비교 평가를 통하여 그 우수성을 입증하였습니다. 따라서 본 논문은 국내외의 감마나이프 종사자에게 물 흡수선량과 페넘브라를 주기적으로 쉽게 측정함으로써 자체적으로 품질보증의 향상을 이룰 수 있는 기반을 제공하여 주는 도움이 될 만한 좋은 정보라 생각합니다.
  • 편집위원

    Gamma Knife는 1968년 이후 눈부시게 발전하여 신경외과에서 두개골내의 양성종양 및 악성종양의 뇌정위방방사선수술을 위해 널리 사용되고 있다. 이 장비는 뇌정위방사선수술을 위해 대 선량(Gy)을 1∼수회에 걸쳐 종양 표적에 조사하는 만큼 주기적인 기계적/기하학적인 품질관리뿐만 아니라 선량학적인 품질관리가 요구된다. 본 논문에서는 기존 제작사에서 고가로 공급하고 있는 기존 물 등가고체(SW)팬톰을 대체할 수 있는 PMMA 팬톰을 개발하여 최신형 Leksell Gamma Knife® Perfexion™에서 물 흡수선량율과 반치폭(FWHM) 및 반음영(Penumpra)의 크기를 측정하고, Leksell Gamma Plan의 계산값과 비교 분석하여 유용성 및 정확성을 평가하였다. 저자들이 개발한 PMMA 팬톰은 저렴하고 사용하기 용이하여 국내에서도 널리 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

    2018-10-22 18:50:56

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